陶瓷基板都有哪些材料可以選擇呢
電力電子、電子封裝、混合微電子和多芯片模塊廣泛應用陶瓷基板,主要是因為陶瓷基板優(yōu)越的導電性、氣密性、絕緣性性能。今天要分享陶瓷基板都有哪些材料可以選擇,以及陶瓷基板導熱材料的發(fā)展。
一,過去用樹脂基板現(xiàn)在用陶瓷基板有何區(qū)別
環(huán)氧樹脂基板,由于其良好的經(jīng)濟性,在整個電子市場上仍然占據(jù)主導地位,但許多特殊領(lǐng)域如高溫、線膨脹系數(shù)不匹配、氣密性、穩(wěn)定性、力學性能等顯然不適合,即使在環(huán)氧樹脂中加入大量的有機溴化物,也無濟于事。
陶瓷材料基板,導熱性強,是樹脂基板導熱性能的10倍甚至百倍,陶瓷材料的氣密性非常好,另外陶瓷基板絕緣性也非常高,不需要在添加絕緣層,除了費用貴一些,其他性能都挺好。
二,陶瓷基板可以選擇的陶瓷材料
1.氮化鋁(AIN)
氮化鋁有兩個重要的性質(zhì)值得注意:一是高熱導率,二是與硅匹配的膨脹系數(shù)。缺點是即使表面有很薄的氧化層,也會影響導熱性能。只有嚴格控制材料和工藝,才能制造出一致性好的氮化鋁基板。目前,我國大規(guī)模氮化鋁生產(chǎn)技術(shù)還不成熟。AlN相對于Al2O3的價格要高很多,這也是制約其發(fā)展的瓶頸。基于以上原因,可以知道氧化鋁陶瓷由于其優(yōu)越的綜合性能,在微電子、電力電子、混合微電子、功率模塊等領(lǐng)域仍處于主導地位。
2,氧化鋁(Al2O3)
到目前為止,氧化鋁基板是電子工業(yè)中常用的基板材料,因為與大多數(shù)其他氧化物陶瓷在機械、熱學和電學性能上相比,它具有較高的強度和化學穩(wěn)定性,并且原料來源豐富,適合各種技術(shù)制造和不同形狀。
3,BeO(氧化鈹)
導熱系數(shù)比鋁高,用在需要高導熱系數(shù)的地方。但當溫度超過300℃時,下降很快。重要的是它的毒性限制了它的發(fā)展。
4,氮化硅(Si3N4)
斷裂韌性高、耐熱沖擊性強的材料,近年來常被用作模具的替代材料。耐熱沖擊性高溫機械強度耐磨耗性耐腐蝕性電絕緣性高韌性。氮化硅陶瓷基板,機械性強、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損,在汽車減震器、發(fā)動機、車用IGBT等產(chǎn)品,以及交通軌道、航天航空等領(lǐng)域廣泛應用。
5,碳化硅(SIC)
碳化硅覆銅陶瓷基板本質(zhì)是一種硅材料,碳化硅有這優(yōu)越的導熱率,決定了其高電流密度的特點。較高的禁帶寬度又決定了碳化硅(SiC)陶瓷線路板的的高擊穿場強和高工作溫度。要的核心優(yōu)勢是耐高溫、耐高壓、耐磨損、低損耗、高頻率工作。因此用于高散熱、高導熱、大電流、大電壓、需要高頻率運作的產(chǎn)品方面,有這不可估量的用途。
6,鋁碳化硅基板(AlSiC)
鋁碳化硅基板(AlSiC)是鋁基碳化硅顆粒增強復合材料的簡稱,又稱碳化硅鋁或鋁硅碳,在軌道機車、飛機、半導體IGBT器件、軍工等產(chǎn)品領(lǐng)域被應用。
鋁碳化硅基板(AlSiC)核心優(yōu)勢:
1,AlSiC具有高導熱率(170~200W/mK),僅次金剛石陶瓷基板
2,AlSiC的熱膨脹系數(shù)與半導體芯片和陶瓷基片實現(xiàn)良好的匹配,可調(diào)的熱膨脹系數(shù)(6.5~9.5×10-6/K)能夠防止疲勞失效的產(chǎn)生,甚至可以將功率芯片直接安裝到AlSiC底板上;
3,鋁碳化硅基板重量輕,硬度強,抗彎強度高、抗震效果好。在惡劣環(huán)境下的首選材料。
4,鋁碳化硅基板(AI/SiC)由于具有原料成本低、導熱高、密度低、可塑性強等優(yōu)點而越來越受到人們的關(guān)注。SiC 顆粒的熱膨脹系數(shù)與LED芯片襯底的熱膨脹系數(shù)相近,且彈性模量高,密度較小;同時鋁的高導熱、低密度、低成本和易加工等特點,使其用作基板材料時具有獨特的優(yōu)勢。
7,藍寶石陶瓷基板
藍寶石是具有六方(菱面體)晶體結(jié)構(gòu)的單晶Al2O3,藍寶石具有獨特的物理、化學和光學特性組合。它是一種極具商業(yè)價值的高價值材料,同時它是迄今為止最堅固、最堅韌、抗熱沖擊和耐化學腐蝕的材料。
藍寶石具有出色的電絕緣性、透明度、良好的導熱性和高剛性特性,因此它是一種理想的基板材料。用于LED和微電子電路、超高速集成電路,它用于生長III-V 或 II-VI 化合物半導體。R面或M面用于生長非極性/半極性面外延層,有助于提高發(fā)光效率。混合微電子、微電子IC應用使用藍寶石襯底,穩(wěn)定的介電常數(shù)和低介電損耗使其可用于混合微電子產(chǎn)品。
8,金剛石陶瓷基板
金剛石表現(xiàn)出優(yōu)異的散熱特性,其熱導率最高可達2000W/(K·m),遠遠大于AIN和Cu。通常做成金剛石熱沉基板,夠均勻迅速的沿熱沉表面擴散;另一方面將熱量沿熱沉垂直方向迅速導出,可有效降低熱阻,即使在大電流條件下,亦可明顯改善半導體激光器散熱問題,提高半導體激光器輸出特性。但是金剛石在作為激光器熱沉時,需要解決其表面光潔度、金屬化及切割等技術(shù)難題,否則因為表面粗糙而造成極高的接觸電阻,將會讓金剛石熱沉的散熱優(yōu)勢無法發(fā)揮。需要采用高效精密的加工方法,將金剛石熱沉片表面粗糙度從數(shù)十微米級別降低至1nm以下。
以上是小編分享是8種陶瓷基板材料以及各自的特點,企業(yè)和研發(fā)機構(gòu)可以根據(jù)產(chǎn)品的功能要求,選擇不同的陶瓷基板材料加工成陶瓷覆銅板、陶瓷電路板等,應用到最終封裝產(chǎn)品上面。更多陶瓷基板相關(guān)問題可以咨詢金瑞欣特種電路。